飞机起落架液压系统
摘要
飞机起落架液压系统是飞机的一个至关重要的组成部分，在飞机着陆及地面滑跑过程中起着举足轻重的作用。近年来，随着飞机制造技术的提高，飞机的安全性也得到更好的保障，但是仍然还是有飞机失事，对人民的人身安全和财产造成不小的损失，据统计，飞机失事有百分之三十的概率低由飞机起落架出故障而引起的。为了不断增强飞机起落架系统的可靠性、安全性和有效性，保证飞机的正常飞行，因此必须对飞机起落架液压系统出现的故障及时排除和维护。
本论文通过飞机起落架液压系统的基础知识，以西门诺尔飞机起落架液压收放系统故障为例，根据近三年来的起落架液压系统的故障的统计，进一步的了解飞机起落架的液压系统的使用维护中出现的各类起落架系统故障，按照系统各组成部分对其分类，详细分析故障原因和排故方法，并给出故障原因分布表以及该系统的检查重点。
关键词：液压系统起落架故障
目录
引言 (3)
第一章绪论 (4)
第二章起落架工作原理 (5)
2．1飞机起落架收放系统 (5)
2．1．1飞机起落架液压收放系统的主要组成部件 (5)
2．1．2飞机起落架液压收放系统的工作过程 (6)
2．1．3飞机起落架应急放气起落架的液压机械开锁式工作原理 (6)
2．2飞机起落架典型的机械液压式前轮转弯系统 (8)
2．3飞机起落架液压动力刹车系统..............................................l1 2．3．1液压动力刹车系统的部件................................................l1 2．3．2飞机起落架液压动力刹车系统的工作情况........................l3 第三章飞机起落架故障原因分析和排除.. (15)
第四章飞机起落架液压系统故障及排除的案例.....................l7 4．1西门诺尔飞机起落架液压系统组成.......................................l6 4．2西门诺尔飞机起落架液压系统工作原理.. (17)
4．3西门诺尔飞机起落架液压系统的故障 (17)
4．3．1故障统计 (17)
4．3．2故障分类分析和排故 (17)
4．3．3故障统计分析 (17)
总结 (20)
谢辞 (21)
参考文献 (22)
引言
起落架系统作为飞机的重要组成部分，直接关系着飞机着陆安全。该系统的故障绝大多数是起飞、着陆、飞行前后机组与维修人员发现的问题。其中少数故障直接影响飞行安全导致重要事件：如冲出跑道、中断起飞、严重损伤、收不上与接地收起等重要事件可能导致事故征候或事故。影响航班『F点则为不正常飞行，未导致不正常飞行与重要事件的则为一般故障。根据波音公司提供的资料：l996—1999年世界各地波音系列飞机因起落架系统原因引起的事故与征候分别占总数的15．2％、l7％、l6．7％、l6．8％。空客公司l996年提供的不完全统计中，起落架系统故障导致的事故与征候占总数的12．1％。因此，对于飞机起落架的各类故障需要引起更多重视。
第一章绪论
飞机上以油液为工作介质，靠油压驱动执行机构完成特定操纵动作的整套装置。为保证液压系统工作可靠，特别是提高飞行操纵系统的液压动力源的可靠性，现代飞机上大多装有两套(或多套)相互独立的液压系统。它们分别称为公用液压系统和助力(操纵)液压系统。公用液压系统用于起落架、襟翼和减速板的收放，前轮转弯操纵，驱动风挡雨刷和燃油泵的液压马达等；同时还用于驱动部分副翼、升降舵(或全动平尾)和方向舵的助力器。助力液压系统仅用于驱动上述飞行操纵系统的助力器和阻尼舵机等，助力液压系统本身也可包含两套独立的液压系统。为进一步提高液压系统的可靠性，系统中还并联有应急电动油泵和风动泵，当飞机发动机发生故障使液压系统失去能源时，可由应急电动油泵或伸出应急风动泵使液压系统继续工作。
液压系统通常由以下部分组成：①供压部分：包括主油泵、应急油泵和蓄能器等，主油泵装在飞机发动机的传动机匣上，由发动机带动。蓄能器用于保持整个系统工作平稳。②执行部分：包括作动筒、液压马达和助力器等。通过它们将油液的压力能转换为机械能。③控制部分：用于控制系统中的油液流量、压力和执行元件的运动方向，包括压力阀、流量阀、方向阀和伺服阀等。④辅助部分：保证系统正常工作的环境条件，指示工作状态所需的元件，包括油箱、导管、油滤、压力表和散热器等。液压系统具有以下优点：单位功率重量小、系统传输效率高、安装简便灵活、惯性小、动态响应快、控制速度范围宽、油液本身有润滑作用、运动机件不易磨损。它的缺点是油液容易渗漏、不耐燃烧、操纵信号不易综合。与其他机械(如机床、船舶)的液压系统相比，飞机液压系统的特点是动作速度快、工作温度和工作压力高。
第二章起落架工作原理
液压传动的基本原理：液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(液压缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。
2．1飞机起落架收放系统
为了减小飞行阻力，以提高飞行速度、增大航程和改善飞行性能，现代飞机的起落架大多可以是可收放的，起落架收放机构通常采用高压液压油作为动力。2．1．1飞机起落架液压收放系统的主要组成部件
图2．1、图2．2所示为波音757飞机右起落架的收放系统图，主要附件有起落架选择活门、收放作动筒、收上锁及放下作动筒、起落架舱门作动筒、主起落架小车定位作动筒及小车定位往复活l、_]、液压管路等。
图2．1波音757起落架收放系统
起落架选择活门由起落架收放控制手柄作动，其作用是将收放的机械信号转换成液压信号，引导液压油通到起落架收放管路，从而实现起落架的液压收放。
主起落架舱门作动筒的作用是利用液压打开及关闭主起落架舱门，且锁定舱门在关闭位置。舱门打开压力或外部机械传动机构可打开舱门锁。
小车定位往复活门组件的主要作用是将起落架收上或放下管路的压力输逝JJd,车定位作动筒，如图2．2。
图2．2波音757 I{1机主起落架
主起落架小车定位作动筒当增压时，可使主起落架前轮轴升起而倾斜9．6度，以使起落架顺力收进舱门。当着陆时，作动筒活塞缩入，强迫油液通过释压活门回油，此释压活门在3600PSl释压，3400PSl复位。
主起落架舱门顺序活门的作用是提供顺序控制。此活门由舱门作动筒作动，它有三个位置：”open”、”TRANSIT”、和“CLOSED”。当舱门完全关闭时，此活门在CLOSED位置；当舱门开始打开时，它移动到TRANSIT位置；当舱门完全打开时，它移到OPEN位置。收上锁顺序活门及放下锁顺序活门分别由收上锁放下锁作动筒机构作动，顺序控制起落架舱门以实现起落架的收进和放出。2．1．2飞机起落架液压收放系统的工作过程
工作状态：起落架上锁好，起落架舱门关闭，将起落架控制手柄移到“DOWN”位置，选择活门将作左液压系统液压油输送到起落架放下管路，而起落架收上管路通回油。
工作情况：(1)开起落架舱门
起落架放下管路压力输送到起落架舱门顺序活门(WS)、起落架放下锁作动筒的“锁定”端、收上锁顺序活门(US)、放下锁顺序活门(DS)及小车定位作动筒(通过小车定位往复活门)。在起落架收上锁好的状态下，舱门顺序活门(WS)位于“CLOSED”位置，如放下管路压力一DS(1—5)和US(2—6)一到起落架舱门作动筒的打开腔；舱门作动筒关闭腔一舱门安全活门一US(5—3))起落架收上管路一回油，舱门作动筒在两腔压力差作用下开锁并开始打开舱门。
(2)开始起落架上锁
舱门开始打开时，舱门顺序活门(WS)移到’TRANSIT"．位置，wS(1H4，3H5)油路沟
通，放下管路G)J-．-ws(3—6)一到起落架收上锁作动筒的打开腔进行开锁。当收上锁打开后，uS(1H5，3—6)油路沟通，放下管路压力一DS(1—5)一到舱门作动筒的打开腔，保持舱门打开压力。此时起落架收起作动筒的放下腔被封闭，以保证先开收上锁，后放起落架。
(3)放起落架并锁好
当舱门完全打开后，舱门顺序活门运行到“OPEN”位置，wS(1H4，5H3H6)
油路购内。放下管路压力一WS(3—5)一到起落架收放作动筒的放出腔，而收上腔--*WS(4—1)一起落架收上管路，通回油，在起落架收放作动筒两腔压力差的作用下；起落架开始放出，知道起落架放下并锁好。
(4)关起落架舱门
当起落架放下并锁好后，油路沟通情况为：DS(1H4，3H5)，US(1H5，3H6)。放下管路压力一DS(1-4)一US(1—5)一舱门安全活门一到舱门作动筒的关闭腔；而舱门作动筒打开腔一DS(s-3)一起落架收上管路一通回油论，在舱门作动筒两
腔压力差的作用下，开始关舱门。当舱门完全关闭后，舱门顺序活门回到“CLOSED”位置。
(5)起落架放下并锁好，起落架舱门关闭。
图2．3波音757飞机起落架收放系统框图
2．1．3飞机起落架应急放气起落架的液压机械开锁式工作原理
图2．4所示为电动助力应急放起落架系统，它由应急放起落架控制电门控制。
当将应急电门作动到“放下”位置时，电力供往电作动器，电作动器带动扭力周转动，通过扇形盘及机械连杆，将动力输送到前及左、右主起落架，打开起落架舱门及收上锁，使其在重力及气动力作用下自由放好并锁好。
有些飞机则不能单靠重力和空气动力完成起落架应急放下动作的，它需要利用液压或者压缩空气提供必要的压力到应急丌锁作动筒，利用液压应急打开舱门和起落架收上锁。
应急放起落架的形式主要有：
1．机械丌锁，重力(或气动力)放下；
2．动力(电动、液压、气压)开锁，重力(或气动力)放下；
3．动力开锁，动力放下。
2．2飞机起落架典型的机械液压式前轮转弯系统现代民航客机的前轮转弯系统大多采用机械／液压伺服系统，而对于某些电传飞机，则采用伺服系统。
如图2．5所示，前轮转弯作动筒铰接于转弯作动筒固定板上，固定板则固定于缓冲支柱的外筒上。转弯环也安装于缓冲支柱外筒上，它可以相对于外筒转动。前轮转弯作动筒的活塞杆端头铰接于转弯环上，上防扭臂铰接于转弯环上，同时上防扭臂又与下访扭臂铰接，下防扭臂铰接于缓冲支柱内筒上。当转弯作动筒的活塞杆推动转弯环转动时，转弯环通过上下防扭臂带动缓冲支柱简内筒转
动，从而带动前轮转动。
图2．5前轮转弯系统组成部件
前轮转弯动力的传递路径；缓冲支柱一转弯动作筒活塞一转弯动作筒外筒一转弯环一上部防扭臂一下部防扭臂一缓冲支柱内筒一前轮。
现代飞机的前轮转弯系统一般只有两个前轮转弯作动筒，通常安装于6订起落架缓冲支柱外筒的前端，在小角度的范围内采用推拉的作动方式，即在做东6可轮转弯时，一个作动筒推，而另一个作动筒拉动转弯环转动，从而带动前轮转弯。
机械／液压式前轮转弯系统由前轮转弯手轮(手柄)和脚蹬、转弯计量活门、传动机构、转弯作动筒、空／地感应机构、自动定中机构。超压活门、拖行卸压(旁通)活门等组成。
如图2．6、2．7所示，当操作前轮转弯手轮或方向舵脚蹬时，通过钢索、鼓轮、滑轮将信号传递到转弯输入摇臂，输入要逼得转动做东计量活门的滑阀(或称机械液压伺服活门)移动。滑阀的移动使得压力油供往前轮转弯管路(左转弯管路或右转弯管路)，直到前轮转弯作动筒。转弯作动筒的一个工作腔通压力油，同时另一腔通回油，三级转弯作动筒的活塞杆伸出(或缩入)，推动转弯环转动，从而带动前轮转动。传动钢索的另一端固定于转弯环上的一个钢索鼓轮上，当自
仃轮转动时，此钢索鼓轮带动钢索运动，以提供反馈信号。
图2．7 典型机械液压式前轮转弯系统组成
初始状态，前轮转弯计量和活门在中立位置。当左轮自仃轮转弯手轮时，A 钢索被拉紧，同时8钢索放松(钢索相对于鼓轮不滑动)，使前轮转弯输入摇臂绕
支点你是『F方向转动，滑阀(伺服活门)向右移动，偏离原来的中立位置，打开
油路，左转弯管路通压力油，而右转弯管路通回油(图2．7)。前轮转弯作动筒左作动筒的前腔通压力油，后腔通回油，左作动筒的活塞杆向后伸出，即向后推动转弯环；而有作动筒的后腔通压力油，前腔通回油，右作动筒的活塞杆缩入，即向前拉动转弯环；而有作动筒的后腔通压力油，前腔通回油，右作动筒的活塞杆缩入，即向前拉动转弯环。即一个作动筒。‘推，，另一个作动筒“拉’，作动转弯环向左偏转，带动前轮你向左转弯。随着前轮向左偏转，固定于转弯环上的反馈鼓轮随前轮转弯(逆时针方向转动)，使C段钢索放松，同时D段钢索拉紧。
2．3飞机起落架液压动力刹车系统
动力刹车控制系统用于需要大量油液进行刹车的飞机上。现代大中型民航客机大多采用此种形式。在动力刹车系统中，飞机主液压系统通常作为刹车的动力源。
2．3．1液压动力刹车系统的部件
液压动力刹车系统的主要组成部件：
一刹车脚蹬输入(图2．8)
图2．8刹车控制机构
一停留刹车手柄
一刹车计量活门(动力刹车控制活门)
图2．9典型动力刹车计量活门工作过程
一防泄控肯0活门
一自动刹车控制组件
一刹车蓄压器
一液压保险
一液压活门
一液压往复活门
一单向器
一停留刹车回油活门
一液压选择活门
不同飞机的刹车系统组成部件会有所不同，这里只是分析典型飞机刹车系
统。
2．3．2飞机起落架液压动力刹车系统的工作情况
刹车方式：1．人工刹车2．自动刹车3．停留刹车4．空中刹车
刹车压力源：两个来自飞机液压源系统，另一个来刹车蓄压器。有些飞机上还有应急压力源。
图2.10典型动力刹车系统
人工刹车
人工刹车指驾驶员通过刹车踏板而进行的刹车，通常包括正常刹车、备用刹车和蓄压刹车。
(1)正常刹车
如果8液压员工压正常，当刹车踏板时，B液压的压力一正常刹车计量活门一自动刹车往复活门一正常防滞活门一液压保险一刹车往复活门--．杀lJ车作动筒一，利用8液压源压力进行正常刹车
(2)备用刹车
如果8液压源压力低于某一直，备用刹车选择活门将A液压源的压力供往刹车剂量活门，当踩刹车踏板时，A液压源的压力一备用刹车剂量或门一备用防滞活门一液压保险一刹车往复活门一刹车作动筒，利用A液压源压力进行设备用刹车。
(3)蓄压器刹车
如果A和B液压源都低压，蓄压器隔离活门打丌，当踩刹车踏板时，蓄压器压力一正常刹车计量活门一自动刹车往复活门一刹车作动筒，用蓄压器压力进行刹车。
(4)自动刹车
自动刹车指不需要驾驶员踩刹车踏板，自动刹车压力控制调节刹车压力，通过自动刹车往复活门接入正常刹车系统。刹车控制组件接受B液压源的压力，可将调节好的压力输送到自动刹车往复活门一正常防滞活门一刹车作动简。
(5)空中刹车
空中刹车指为使机轮在收进轮舱之前使其停止转动而进行的刹车。主起落架的空中刹车借助于备用刹车系统。当飞机离地，收起落架放手柄置于“收上”位置，在起落架收进过程中，起落架收上管路的压力作动备用刹车计量活门(有些飞机通过起落架收进刹车作动筒)，同时将收上管路的压力通过备用刹车计量活门、备用防滞活门、液压保险。往复活门最后输送到刹车作动筒进行阻止机轮转动的刹车
第三章飞机起落架故障原因分析和排除
(1)前、主起落架
该部分主要是机械机构，故障主要集中在位置电门、轮胎、减震支柱3个方面。在某次起落架收放测试中，当操纵放下起落架后发现仪表板上右主轮指示灯没有『F常点亮。首先交换左右主轮指示灯后右主轮指示灯仍然不亮，排除灯泡的原因，然后检查灯线路，没有发现短路和短路的现象，但测量线路电压均为0，判断可能信号源有问题。查找到右主轮放下电门，发现该电门卡阻严重，不能正常闭合。更换该电门后指示灯指示正常。在某次工作中，飞行人员反映飞机在着陆过程中前起落架有明显振动，维修人员检查发现起落架支柱完好，而前轮左右两边磨损程度有较大差别即有偏磨现象，同时前轮压力为0．338 MPa低于规定值0．380MPa。更换前轮并充满规定压力的氮气后振动消除。
(2)液压系统
液压系统是动力系统，相对其他两个组成部分来说其故障率更高。主要有液压电机故障、压力活门失效、管路泄漏等。在某次地面测试工作中，将起落架收上后，液压泵仍然不停止工作，并且电机有噪声。分析该故障可能有几种情况：
①液压系统有泄漏，使得压力不能保持，泵始终处于工作状态。
②压力电门失效，不能切断电机线路，使得液压泵一直处于工作状态。
⑧液压泵电机故障。首先检查液压系统有无泄漏，发现在油箱输出至管路的接头处有明显油迹，重新更换螺帽拧紧并加入规定量的液压油后测试未见渗漏，但是故障依然存在。然后检查电机，打开电机发现转子上的螺形线圈在转动时有明显卡阻，判断电机噪声就是由于线圈卡阻而产生的。在更换该线圈后故障消除，噪声消失。
在某次地面收放实验中，在收上起落架过程中发生液压泵电机断续工作情况，即经过3—5次接通、断开过程后起落架才能收上。分析泵电机断续工作的原因是由于管路上的压力电门性能下降或接近失效，造成管路压力还未达到l2．4±0．69 MPa时，压力电门就关闭并切断电机电路。而此时的管路压力又大于20．69±0．69 MPa，压力电门重新闭合接通电机再次工作。在更换收上压力电门后，故障消失。
(3)控制和报警电路
该组成部分要为人提供系统信息，不仅关系着系统安全，还影响着人的判断和操作。其故障主要有指示灯及线路故障和电门故障。在某次飞行过程中，飞行人员反映起落架收上后不安全信号灯时亮时灭。落地后检查分析可能的原因有：
①由于起落架收上电f]zE作环境恶劣，可能该电门接触不良或者有线路故障。
②指示灯线路短路或断路。首先检查起落架收上电门及其线路，电门未见松动，线路没有短路或断路的情况。然后检查指示灯后的电路，发现该灯的接地电阻己松动，造成接触不良，使得指示灯时亮时灭。重新进行焊接后指示灯工作正常。